בסדרת הטלוויזיה המצוירת הזכורה מילדותינו, ציקלופ (Cyclops) המנהיג הכריזמטי של האקס-מן התרוצץ עם משקף ייחודי שדרכו הוא ירה בעת הצורך קרניים קטלניות. על מנת להדגים את תהליך התכנון והייצור בנינו משקף כזה. או במילים אחרות: מה בכלל עושה מהנדס/ת ?

תזכורת קצרה: בשנות ה-60 הופיעו לראשונה חוברות קומיקס המתארות את האקס-מן , מוטנטים בעלי כוחות מיוחדים. מאז יצאו סדרות טלוויזיה, סרטי קולנוע ומשחקים רבים. סקוט סאמרס הוא המנהיג של החבורה ומלבד כריזמה מתפרצת יש לו יכולת לירות קרני אנרגיה מהעיניים. איך בדיוק? מוזמנים לקרוא בפוסט הזה [1]. דמיינו שאתם בצוות פיתוח אביזרים של האקס-מן והמשימה הפעם היא ייצור משקף עבור סקוט, מה התהליך? איפה וולברין וג'ין? והאם לא פשוט יותר לעצב תלבושות יפות יותר?

יש סוגים שונים של מהנדסים ואלו נעזרים במגוון שיטות וטכנולוגיות. נדגים את אחת מהן על ידי תהליך תכנון וייצור מכאני/חשמלי של מוצר פיזי נחוץ וחיוני ״המשקף של ציקלופ״ שיעשה על ידי מהנדס מכונות. אם נרצה להוסיף אדמנטיום ולצפות עצמות נעזר במהנדסת כימית או ביוטכנולוגית. אם מדובר בהקמת קו ייצור, אזי מהנדס תעשייה וניהול יסייע. ייעוץ לגבי סוג החומרים יעשה על ידי מהנדסת חומרים וכן הלאה. המטרה היא לייצר מוצר סופי העומד באיכות הנדרשת, תוך התחשבות באילוצים, במשאבים ובתקלות. ניתן לחלק את התהליך לשלבים הבאים: ראשית נבצע הגדרת צורך ושקלול אילוצים. משקף הנלבש על אזור העיניים וכולל את אבן האודם (ruby) החוסמת את הקרניים הקטלניות. המשקף כולל מנגנון מכאני-חשמלי המאפשר בלחיצת כפתור הזזה מהירה של האבן לשיגור הקרניים מהעיניים של ציקלופ.

בנוסף, יש להתייחס גם להנדסת אנוש. המשקף נדרש לאפשר שדה ראייה גדול ככל האפשר בנוסף לחובה שיהיה קל משקל ונוח, כך שניתן יהיה להרכיב אותו שעות רבות ללא הפרעה.

השלב הבא יהיה ביצוע מדידות או איסוף נתונים, לדוגמא: מידות הראש, משקל אבן האודם, צבע מועדף כך שיתאים לחליפות המזעזעות וכדומה. פעמים רבות נעשה שימוש בידע קודם ותכנונים קודמים עם תוספות ושיפורים במידת הצורך. במקרה הזה, יש שרטוטים משנות ה 60 שניתן להשתמש בהם בתור בסיס.[2] בשלב זה יש לשים דגש ליחידות שאנו משתמשים בהן ולבהירות של מה אנו מודדים. מקרה מצער של התרסקות לווין על מאדים בגלל אי המרה של יחידות מידה לשיטה המטרית מתואר בפוסט שלנו [3]. גם במקרה שלנו הייתה אי הבנה ובוצעה מדידה של היקף המצח אבל הדפסה בפועל של רוחב המצח- מה שיצר משקף הגדול פי שניים מהנדרש.

כעת,  כשיש את הנתונים, נדרש להתחשב באילוצים הקיימים. ניתן לחלק את האילוצים בצורה גסה לשני סוגים: חיצוניים ופנימיים. אילוץ חיצוני הוא מגבלת כוח אדם, תקציב או זמן. לדוגמא, על פרויקט של תכנון וייצור משקף אמורים לעבוד חמישה מהנדסים במשך שנתיים, אבל בפועל יש רק  שני מהנדסים ועוד חודש מתוכננת מתקפה של מגנטו על האחוזה. דוגמא לאילוץ פנימי הוא אילוץ הנדסי המשפיע על התכנון. כדוגמת טכנולוגיות זמינות, עלויות חומרי גלם, משקל חומרים וכדומה. אם למסגרת המשקף אני רוצה להשתמש בחומר עמיד בטמפרטורות גבוהות אבל חומר זה עולה מיליון שקל לגרם ושוקל 12 קילוגרם - כלומר יהיה כבד ויקר מאוד- אזי לא אוכל להשתמש בו או שאאלץ להשתמש בו רק באזורים קריטיים. אלו סוג הפשרות וההחלטות שנדרש לבצע.

לאחר מכן נשקלל את הכל לביצוע תכנון וייצור בעזרת מחשב (מכונה תיב"ם). בחלק מהמקרים שלב זה מבוצע בשילוב עם ביצוע אנליזות ממוחשבות (כתבנו בפוסט [4]). במקביל לכל אחד מהשלבים מבוצעים חישובים שונים: מאמצים המתפתחים בחומר, עמידות בשבר, משקל המוצר ועוד. ניתן דגש על הקשר בין הרצוי למצוי. לדוגמא, מחיר הדיוק. ככל שתהליך הייצור יתבצע בטכנולוגייה מדויקת וברמת דיוק גבוהה יותר המחיר יהיה גבוה יותר, כך שכדאי להפעיל שיקול דעת הנדסי לגבי חשיבות דיוק המידה. נהוג להגדיר דיוק באמצעות מושג הנקרא היסט (טולרנס) פלוס/מינוס. ישנם סוגים שונים של היסטים, נמחיש בעזרת היסט גיאומטרי. אני רוצה לייצר חלק במידה מסוימת, ליד המידה עצמה יופיע מספר המייצג את ההיסט. אם לדוגמא הגדרתי מידה של 40 ס"מ, והדיוק באזור זה קריטי - כי חריגה גדולה יותר תפגע ביכולות המוצר/חווית משתמש - אגדיר היסט של 0.1 ס"מ (משמע המידה בפועל תהיה בין 39.9 ל-40.1 ס"מ), כלומר לא אוכל להגדיר 3 ס"מ. בצורה דומה ישנן הגדרות עבור טיב פני השטח, מישוריות ועוד. על המהנדס להגדיר את ההיסטים כתלות בדרישות, באילוצים, בגודל החלק ובשיטת הייצור. במקרה שלנו היקף המצח הוא 23 ס"מ, כלומר אם בייצור ההיקף יהיה 20 ס"מ אז סקוט לא יצליח להרכיב את המשקף, לעומת זאת אם המשקף יהיה רחב יותר ניתן יהיה להתמודד עם זה (על ידי הוספת ספוג לדוגמא).  אז במקרה הזה נגדיר 23 ס"מ +2 ס"מ, -0.5 ס"מ. אם נגדיר 23 ס"מ +-0.1 ס"מ העלויות יהיו גבוהות בהרבה, הייצור יכול לקחת זמן רב יותר או שנאלץ לייצר בשיטות מורכבות יותר.

בחלק מהמקרים יבוצע ייצור של דגם לבדיקת היתכנות (mock-up). במקרה שלנו, אכין דגם ראשוני מקרטון על פי המימדים ואתן לציקלופ למדוד ולבחון את שדה הראייה, נוחות הגישה לכפתור ההפעלה וכדומה. השלב הבא יהיה הכנת אב טיפוס (prototype) בהתאם לשינויים שבוצעו. תכונות אב הטיפוס יהיו שונות ממוצר למוצר. לדוגמא אם היינו מתכננים את המטוס של האקס מן אזי היינו בונים אבות טיפוס בגדלים שונים עבור ניסויי מנהרת רוח, בדיקות היתכנות וכדומה. עבור המשקף ניתן לבנות אב טיפוס מבצעי שניתן אפילו לתת לציקלופ לקרבות. לאחר מכן נבצע שינויים והתאמות בהתאם למסקנות ונעבור לייצור המוצר הסופי. כמובן שיש הבדלים אם מדובר במוצר יחיד או ייצור המוני של מאות או אלפי פריטים הן בהתאמה לייצור והן בהתאמה לקהל היעד. לדוגמא פה, מתג ההפעלה ימוקם בצד ימין בעוד שבייצור המוני נאלץ לתת מענה גם לשמאליים. בנוסף יש הבדלים בתהליכי הייצור עצמם, בשל מורכבות ההעברה לייצור, יש מהנדס שכל תפקידו הוא העברת תקינה של המוצר משלב הפיתוח לשלב הייצור (מהנדס New product Introduction- NPI).  

לסיכום, סקרנו בקצרה את עיקרי התהליך וראינו שבניגוד לאיירון מן שבונה את החליפה ועושה תיקונים לעצמו כך שהוא יודע מה הכי טוב [5], פה תפקיד המהנדס/ת בצוות מורכב יותר. יש צורך באפיון ובהתאמה של המוצר לשדה הקרב, כך שיעמוד בכל הדרישות והאילוצים עד לניצחון על מגנטו.

הדפסת תלת-מימד של הדגם לבדיקת היתכנות (mock-up)

תודה למעבדת הרובוטיקה של אמיר שפירא, אונ' בן גוריון על ההדפסה

מקורות וקריאה נוספת:

[1] פוסט של יוני אשל - ציקלופ
[2] על המשקף
[3] התרסקות של הלווין בשל בלבול ביחידות מידה
[4] פוסט על אנליזות אלמנטים סופיים
[5] פוסט על איירון-מן